再生粗骨料混凝土高温后受压本构曲线试验研究及有限元热传导分析

摘要

近现代建筑业蓬勃兴起、火灾频发，造成大量建筑废弃物和安全隐患。因此，本文结合新砼规损伤本构理论方法，通过再生粗骨料混凝土火灾高温后本构关系试验，进行了高温下再生混凝土试件的有限元抗火分析，主要完成以下工作：
　　 首先，通过考虑温度和取代率正交组合下的再生粗骨料混凝土高温后单轴受压应力-应变全曲线试验，发现随着温度的升高曲线逐渐趋向于扁平、峰值应力点显著下降和右移、峰值应变慢慢增大，脆性指数不断增大，RC100压缩应变能密度不断减小，而RC50和普通混凝土则表现出不协调的演变规律；随着取代率的增加，本构曲线形状上相似，峰值应力不断降低，峰值应变缓慢增大，脆性指数不断增大，与X轴包围的面积明显变小，表明材料变脆、延性变差。
　　 其次，运用有限元软件进行了再生混凝土试件热传导瞬态分析、温度-力顺序耦合热应力分析，验证了恒温6h基本可以消除试件内外温度差，预测高温后自然冷却7h后可基本恢复到室温温度场状态，模拟出试件在升温-叵温-降温各个阶段的应力、应变演变规律。随着时间的推移，应力呈现出先增后减再平衡不变到又增再减的变化趋势，应变呈现出先缓增后急增再微量增加到逐渐减小的演化规律，得出变温才是产生温度应变的原因而与其他影响因素无关。
　　 最后，借鉴《混凝土结构设计规范》GB50010-2010引入损伤变量至本构关系的方法，基于高温后试验结果理论推导了再生粗骨料混凝土的高温损伤演化方程。通过建立普通混凝土与再生混凝土细微观结构模型，初步认为演化机理分为损伤初始期、弹性损伤期、加剧发展期和剥离破坏期四个阶段，并对比评估发现后者高温损伤、爆裂程度大于前者。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 火灾及其危害

1.1.2 抗火与防火

1.2 课题来源及研究意义

1.3 研究现状

1.3.1 再生混凝土技术的研究动态

1.3.2 普通混凝土火灾(高温)研究动态

1.3.3 再生混凝土高温性能的研究动态

1.4 研究内容

第二章 再生粗骨料混凝土高温后受压本构曲线试验

2.1 引言

2.2 试验设计

2.2.1 试验原材料及高温设备

2.2.2 配合比设计

2.2.3 试验方案及试块制作

2.3 高温试验

2.3.1 升降温机制

2.3.2 试验过程

2.3.3 试验现象

2.4 高温后受压应力.应变曲线试验

2.4.1 试验过程

2.4.2 试验现象

2.4.3 试验结果

2.5 试验结果分析

2.5.1 本构曲线对比

2.5.2 公式拟合

2.5.3 压缩应变能密度及脆性指数分析

2.5.4 质量变化

2.5.5 残余抗压强度变化

2.5.6 峰值压应变变化

2.6 本章小结

第三章 再生粗骨料混凝土高温有限元热传导分析

3.1 引言

3.1.1 火灾模拟及热传导方程

3.1.2 基本假设

3.2 热传导瞬态分析

3.2.1 有限元模型建立

3.2.2 温度场结果及分析

3.3 温度-力顺序耦合热应力分析

3.3.1 有限元建模

3.3.2 温度-力顺序耦合热应力结果及分析

3.4 影响因素分析

4.4.1 加温制度

3.4.2 强度等级

3.4.3 再生粗骨料取代率

3.5 本章小结

第四章 再生粗骨料混凝土高温细微观损伤机理探索

4.1 引言

4.2 高温损伤演化方程

4.3 细微观组成及高温细观破坏形态

4.4 高温细微观损伤机理分析

4.4.1 高温热损伤演化有限元分析

4.4.2 与普通混凝土高温热损伤演化对比分析

4.5 结 语

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及科研项目